摘 要： 发展基础研究, 加强原始创新, 是提升我国自主创新能力的战略抉择。任何原始理论的产生, 都受当时人们对自然认识的局限性, 随着科学的发展和认识的进步, 许多原始理论概念已经不适合科学的发展了, 本文通过力的感性分析和理性分析得出:力是单位时间里物体内直线运动粒子量的改变。并得出表达式为F= (m/t) v0。这是个非常有意义的结论。
关键词： 作用; 有大小有方向; 量子化; 力是物质的有质量的; 速度; 时间; 动能定理W=Fvt; 质能等价原理E=mc2; 力的表达式F= (m/t) v0;
Abstract： Developing basic research and strengthening original innovation is a strategic choice to enhance our capability of independent innovation. The emergence of any original theory is limited by people's understanding of nature at that time. With the development of science and the progress of understanding, many original theories have not been suitable for the development of science. This paper, through the perceptual analysis and rational analysis of force, draws the conclusion that the force is the change of the quantity of linear motion particles in the object in a unit time. It is concluded that the expression is F= (m/t) v0. This is a very meaningful conclusion.
Keyword： Action; Equivalence; Principle of mass energy E=mc2; Expression of force F= (m/t) v0;
发展基础研究, 加强原始创新, 是提升我国自主创新能力的战略抉择。基础研究以认识自然现象, 探索自然规律, 获取新知识、新原理、新方法等为基本使命, 是高新技术的源头, 创新人才的摇篮, 可持续发展的保障, 先进文化建设的基础, 国家实力的根本源泉。因此要完成原始创新, 就必须从原始概念再认识入手。任何科学理论的产生, 都是在当时的人们对自然认识的基础上产生的, 随着科学的发展和认识的进步, 许多原始理论概念。都被附加了许多外延条件, 致使科学理论形成许多独立的体系, 难以交叉共容。科学发展到今天, 交叉科学越来越表现突出, 然而各学科基础理论互不相容表现极为严重。发展基础研究, 重新认识分析原有基础理论, 是当代科学发展的必走之路。力是基础科学中最基础的理论概念。对它的再认识, 是非常有必要的。那么力的原始概念是什么呢?
一、力的原始概念分析
力的原始概念是怎样认识的?
人们对力的认识, 最初是从日常生活和生产劳动中得到的, 是和人力相联系的。手推车, 提起重物, 拉长或压缩弹簧, 肌肉会感到紧张, 我们就说, 人对小车、重物、弹簧用了力。后来人们把力的概念加以扩展, 把凡是能和人力起同样效果的作用都叫力。机车牵引列车前进。机车对列车施加了力。汽锤锻打工件, 汽锤对工件施加了力。这样人们建立了这样的认识:力是物体对物体的作用。参见《高中物理》力学部分。一个物体受到力的作用, 一定有另一个物体对它施加了这种作用。只要有力的发生, 就一定有受力物体和施力物体, 力是有大小有方向的, 是感性认识概念。
以上是力的最基础的, 内涵单一, 外延广泛的, 最原始的, 至今还在运用的力的概念和性质。这是由几千年流传下来没有改变的原始概念。而今进入到量子化时代, 科学要向人体科学发展, 那么只以肌肉紧张的感性认识发展而来的力的概念, 显然是不能适合人体科学的发展。科学认识发展到量子化, 以量子化理念再分析由肌肉紧张而发展来的力的概念, 是发展人体科学的当务之急。否则用肌肉紧张而发展来的力的概念, 反过来再研究人体运动, 那是得不出正确结果的。
由于力是抽象概念, 要分析力的概念, 必须从观察思考入手, 再结合量子力学观点加以分析, 从而得出力的量子化概念。这是对力的再认识所需要的结果。
对力的观察与思考首先要明确的是力是物质的, 它符合“世界是物质的”物理学基本观点。既然力是物质的, 那么物质是有量的限制的, 也就是力是有质量的, 也就有大小。
力是物质的, 有质量、有大小。这是经过分析而确定的。这也使原来力的性质“有大小”落到了实处, 找到了物质的依托。既有大小必须是物质的, 只有物体才有大小。然后再来分析人力产生的过程。人在用力的过程中, 有的运动组织紧张, 有的组织放松。用力后人会怎样呢?用力时间过长, 用力过大, 就会感到气喘、出汗、乏力、虚弱。休息一会儿就会好些, 吃些能量含量高的食品会更好些。这些直接说明了人施了力, 也就失去了一定量的物质。这也进一步说明了力的物质性。
人在用力时失去一定量的物质, 受力物体就得到了相应的量的物质的作用。这符合质量守恒定律。
力是有大小的, 力的大小是对力的物质性的量度。力的测量在宏观是用测力计来测量的。以前我们观察测力计时只注意结果, 今天我要求大家在观察测力计时要注意全过程。不论我们做多少次试验, 我们都会发现测力计的数值总是从零变化到所得值的。力的数值是变化的, 是用时间的。
通过这些观察, 我们得出新的结果。力是变化的, 是有加速度的, 施力的过程是有时间限制的, 从而得出力是有速度的, 速度是有方向的。通过以上的观察与思考, 得出以下结果:力是有质量、有大小、有方向、有速度、有时间限制的物理量。
不论是人体组织还是非生命物体, 他们都是由量子组成的。这些量子分为分子、原子、电子、介子等等。这些粒子或表现为振荡运动, 或表现为旋转运动, 或以不同方向进行着直线运动。我们再分析振荡运动粒子发现, 粒子是由更小的粒子组成, 而这些小粒子所从事的是旋转运动和直线运动。通过进一步分析, 我们可以得出以下结论:
物体中粒子的存在形式有两种, 直线运动和旋转运动。
一个物体受到一水平力的作用, 发生水平加速运动。在力的作用过程中施力者在一定时间内失去了一定方向、一定质量和具有一定速度的物质, 受力物体受到了一定方向、一定质量, 具有一定速度的相应物质的作用。这种作用是通过量子运动变化来完成的, 肌肉紧张与放松是人体中粒子运动变化的反映。
通过以上多方面的分析可以推出力的量子化概念:
力是单位时间里物体内直线运动粒子量的改变。表达式为:F=K (m/△t) v (K参数)
这个表达式是否能得到证明是力的概念成立与否的关键。要想证明F=K (m/△t) v关系式成立, 就必须分析力、物体质量、时间和速度之间的关系。
二、力的理论分析
在牛顿力学与相对论力学及量子力学中通用概念有两个, 力和能量。现在要分析力, 我们就可以通过贯穿三大相对独立的力学体系且内涵与外延性质没有改变的能量来分析力、质量、时间与速度的关系。
在牛顿力学中有动能定理W=Fvt;在现实生活中所见到的作用过程时间都是比较短的, 因此我在这里不妨将此公式改写为W=Fv△t。在相对论力学中有质能等价原理E=m c2。
因此我们就可以将它们联系起来, 即Fv△t=m c2。
在这里我将动能与内能联系起来, 将受力所引起的能量的改变量与质能互换的能量改变量以等价的形式联系起来, 是因为 (一) :能量本身是可以互相转化的; (二) :质能的互换是宇宙间的本质规律, 既不受能量的改变形式的影响, 也不受能量改变量的大小的影响。质能永远是统一的。对于一个物体可以从质量和能量两个表现方面同时存在。对于两个物体, 当相互进入对方场以后, 质能就可以发生相互转化。
也就是说一个物体受外力作用所引起的能量的改变, 实际上也可以说是对物体质量的改变。只是在一般情况下质量的改变量非常微小, 用试验的方法几乎不能测试出来, 但是不能因此而不承认质量的改变量的存在。
一个力F作用在质量为m的物体上, 经过△t时间, 物体获得的能量相当于m c2。
当v趋近于c时F△t=m c从而得出F=m c/△t此等式与F=K (m/△t) v (K参数) 在形式上相符, 当K=1, v属于 (0, c) 区间时力的表达式F= (m/△t) v0成立。v0是作用物体运动速度。为了以后运用方便, 我们将v0用V0表示, 因此作用物体施力表达式为F= (m/△t) V0, 从而在理论上证明了力的量子化概念的正确性。
三、意义
对力的概念的再认识具有非常重要的意义。首先明确了力的内涵, 即力是具有质量具有速度与时间有关的物理量, 进一步说明只要有力的出现就必须有施力物体和受力物体。它的确立明确的指出, 任何力都具有量子特性、都具有速度, 这一结论对我们研究宇宙力和微观力其意义是深远的。也为生命科学的研究准备了工具。
参考文献：
[1]作者朱荣华主编高等学校教学用书《物理学教程》重庆大学出版社出版发行1993年12月第一版.
